很多人在購買卡車的時候，除了價格，整車性能以外最關注的莫過于油耗了，在這個油價飛漲的年代，談到油耗問題的時候人們總是糾結于車身重量、發(fā)動機技術、變速箱齒比等問題。其實一直以來很多人都忽略了一個問題那就是空氣阻力。

　　有些車主認為車身的空氣阻力并不足以造成很大的油耗，這實際上是一個誤區(qū)。因為有研究證實，當車輛高速行駛的時候，最大的阻力都來源于空氣，而實驗表明，當車速高于每小時80KM的時候，就有將近一半的油耗是用來克服空氣阻力的。車速越高，車輛受到的空氣阻力就越大，空氣阻力的增加值與車速增加值的平方成正比，也就是說，車速提高兩倍，空氣阻力會相應的提高四倍。

空氣阻力的形成

　　空氣阻力是空氣動力學中最主要的分支，所謂的空氣動力學，研究的是可觀察到的在物體周圍或通過物體的氣流活動的全部過程?？ㄜ囋谛旭傔^程中，受到的空氣阻力由四部分組成：

　　1：表面阻力，是指氣流通過車輛外表面時產生的摩擦阻力，該阻力主要是由車體外形，以及安裝在車體外的零部件，如后視鏡、車門把手、車燈、車頭裝飾件等對氣流干擾引起的阻力，此阻力會對半掛車和公共汽車等長尺寸車輛產生較大影響。

　　2：壓差阻力，壓差阻力的大小取決與紊流區(qū)的大小，特別是尾部紊流區(qū)的大小。在氣流變成紊流的點處，會形成部分的真空區(qū)，這樣就產生了壓差阻力。在卡車設計時，設計師需要努力減小紊流表面，從而減小真空區(qū)面積。

　　3：誘導阻力，它是作為壓差阻力的一部分，是由于車輛行駛過程中頂部和底部的空氣壓力不同而造成的，壓差阻力和誘導阻力在總的空氣阻力中所占比例最大。

　　4：車內阻力，是因為氣流通過車頭內的散熱器、發(fā)動機等引起的阻力。

　　已知的自然界中，水滴的風阻系數最低，只有0.05；垂直平面物體的風阻系數最高為1.0，卡車通常風阻系數為0.6-0.8左右。風阻系數Cd是物體受空氣阻力影響大小的一個標準，車輛風阻系數是通過風洞實驗所確定的一個數學參數，用它可以計算出卡車在行駛時的空氣阻力。

　　通常牽引半掛車的空氣阻力有四個主要部分：車頭迎風區(qū)域，牽引車與掛車之間的空隙，掛車底盤部分，掛車尾部。

　　國外汽車工程研究表明，一輛重型牽引半掛車，在88.5公里/小時行駛，每行駛1.6公里需要推開大約18噸的空氣。在當年車輛技術狀況與道路情況下，大多數卡車需要近一半的馬力用來克服空氣阻力。

　　工程師之后深入思考，決定幫助卡車減輕風阻形成的氣流沖擊波與尾部的局部真空，已使氣流更平順的通過卡車；同時提高車輛的燃油效率。隨后美國宇航局的工程師們開始嘗試，將飛機及航天飛機的空氣動力學相關領域的研究與經驗，用以大型卡車的是設計改造工作。

　　2008年5月30日，在意大利南部著名的Nardo高速環(huán)型賽道，一臺總重為40噸的新款奔馳Actros 1844 LS半掛車創(chuàng)造了一項新的吉尼斯世界記錄：世界上油耗最少的40噸重卡。經過12728公里的測試下來，其百公里平均油耗達到讓人驚訝的19.44升！

　　取得這個驚人的成績，除了卡車優(yōu)秀的綜合性能以為，良好的空氣動力學設計也是主要功臣之一。從圖片上可以看出，這臺Actros卡車的主要空氣動力套件有與掛車貨箱幾乎平行的車頂導流罩，側導流罩，側裙板以及掛車裙板，平滑的復合板貨箱也為降低風阻做出了貢獻。這些東西的組合讓這臺半掛Actros車身相當平整，很少有形成紊流區(qū)的地方。

　　在歐美廠商卡車設計的過程中，必不可少的一項工作就是風洞實驗，通過它能得到知道車輛風阻到底有多大，什么地方會形成紊流，以便于以后的修改。

　　斯堪尼亞Streamline卡車的流線造型與空氣動力學

　　而在國內，相當多的卡車廠家開發(fā)新車的時候都去關注整車的可靠性，如何降低生產成本等等大問題去了，而忽略了車輛的空氣動力學，這個能有效降低油耗的細節(jié)。

　　上圖為福萊納卡車進行風洞實驗，強有力的大功率風扇能模擬卡車在高速行駛中所遇到的風力。

　　通過白色煙霧能讓設計人員清楚的看清楚氣流通過車身時的動向，同時也能在第一時間發(fā)現有紊流產生的地方。

　　通過安裝導流組件，可以改善空氣阻力對車輛的影響，這也是非常有效的辦法，但卡車導流組件不僅僅是車頂導流罩這么簡單。

　　導流組件有哪些種類

　　牽引車通常的導流組件由圖中幾個部件組成，這類組件價格也不便宜，在國外整套的組件需要750-2500美元之間。國內出廠的車輛由于成本和用戶消費能力的考慮，基本上沒有車頂導流罩，側導流板，側裙板等裝置，需要自行改裝。還有一些原因，即使安裝了導流板，能夠具有美觀效果，但是功能性不強，更談不上省油的效果。其實真正的了解導流組件，是一個比較復雜的過程。

　　卡車導流罩經過多年的使用與改進，受到全世界卡車司機的普遍認可，降低了風阻，節(jié)省更多的燃油。發(fā)展至今，基本上可以分為整體式，組合式，分流式。北美長頭卡車熱衷于整體式導流組件，由于北美多式聯運的運輸方式，掛車部分的尺寸相對統(tǒng)一，導流罩可以基本定型設計制造；相似的情況在澳洲的公路列車也同樣適用，但澳洲導流罩的使用多與當地氣候多風有關。

　　歐盟各國國情不同，對車輛的規(guī)格，高度也有差異性，導流罩以組合式為主，高度可以在一定范圍內調整。特殊的內藏三角翼彌補了高度調節(jié)帶來的縫隙。最后一種分流式基本在各國都有應用。

　　分流式具有向上和左右兩側同時分散氣流的效果，效率最高，但由于受高度與車型的限制，需要特殊制造，牽引車應用相應受限。但不可否認分流式導流罩具有良好的降低風阻的作用，因此在載貨車上得到了很好的使用效果。

　　歐洲的大型運輸公司，探索新的方法來解決導流罩高度問題，空氣管理控制系統(tǒng)（Air Management Control）用來配合不同掛車，取得更好的節(jié)油效果。AMC電動調節(jié)機構也就不足為奇了，司機可以對不同類型的掛車，高度在一定范圍內調節(jié)。根據歐洲某大型運輸公司的不完全統(tǒng)計，風阻系數穩(wěn)定在原有基礎上降低30%左右，百公里油耗下降4-5%。

　　側導流板縮短了牽引車與掛車之間的間距，在高速行駛中，氣流形成漩渦的機會減少，風阻降低的同時，發(fā)動機得到更好的散熱。側導流板對橫風的氣流導向作用更加突出，這是卡車非常重要的節(jié)油措施。

駕駛室后部的導流板加裝了橡膠延伸部件，使駕駛室與掛車的間隔進一步縮短，以取得低風阻的完美狀態(tài) 

　　在梅賽德斯-奔馳發(fā)布的aero trailer（航空掛車）車型以及雷諾發(fā)布的Optifuel Lab車型中，我們能看到目前充分利用空氣動力學的先進卡車設計成果。2款車型均采用了導流罩、導流板、側裙板、封閉車輪、氣流擴散器、尾板等設計元素。

aero trailer側面空氣動力學裝置

　　其中，導流罩和導流板的作用是彌補牽引車和掛車的高度差和主掛(牽引車和掛車）間隙，使氣流平順地由牽引車流到掛車而不發(fā)生分離，因而減小氣流對掛車前端的2次沖擊，并通過減少穿過牽引車和掛車之間的側向風減小阻力。國外一份對沃爾沃卡車進行風洞測試的研究材料顯示，當主掛間隙由0.85 m增大到1.5 m時，燃料消耗增加了3%。

aero trailer側面空氣動力學裝置

　　側裙板一方面可以降低整車的風壓中心，提高整車的側風穩(wěn)定性；另一方面可以阻擋車輛兩側的空氣被吸進車輛下部，減輕車輛下部的氣流堆積，減少氣流與車輛底部凸出部件的撞擊，使得車輛下部的氣流流動更順暢，從而起到減小風阻的作用。

加裝不同側裙的試驗模型

　　在劉暢等人撰寫的《汽車空氣動力學在重型載貨汽車上的新進展》一文中介紹，美國Lawrence Livermore國家實驗室的Jason M. Ortega等人在GTS模型的車廂底部分別加裝了不同形狀的側裙板，并在NASAAmes流體力學實驗室的開式回流風洞中進行了試驗。

　　試驗結果顯示，加長楔形板后整車氣動阻力系數比原型下降2.0%，加短楔形板下降0.1%，加短楔形板和中心板下降0.1%, 加兩側直板下降1.4%，由此可見加裝側裙板對減阻的作用。

　　封閉車輪的設計在汽車領域應用比較廣泛。車輪在車輛行駛時不但要沿著車輛行駛的方向平動，同時圍繞車軸轉動，因此車輛一方面要克服車輪平動的壓差阻力，另一方面要克服車輪轉動時空氣與輪胎、輪輞的干擾阻力。封閉掛車車輪后可以使氣流繞過車輪，減弱車輪的干擾阻力，對減少風阻的貢獻尤為顯著。

曼恩卡車減阻原理

　　尾板的加裝對于減少風阻的貢獻尤為明顯，不僅可以使氣流的分離點向后延遲，而且尾板以及側裙后部的形狀都向內收，可以減小車廂后方的負壓區(qū)。

　　在雷諾Optifuel Lab車型的掛車頂部的前高后低設計，其作用也是在保證貨廂容積的前提下減小整車的負壓區(qū)。

加裝不同尾板的試驗模型

　　在《汽車空氣動力學在重型載貨汽車上的新進展》文中引用的試驗數據顯示，傾角尾板的氣動阻力系數下降16.4%，而曲面尾板下降了18.8%。

　　由此可見，車廂后部加裝不同形狀的空氣動力學附加裝置對減少氣動阻力影響非常大。

trailertail 貨箱尾翼導流

　　但由于目前國內外法規(guī)對車輛后懸的限制，使得加裝尾板裝置并沒有得到廣泛應用。

Optifuel Lab側面空氣動力學裝置

　　氣流擴散器目前廣泛應用于F1賽車以及乘用車領域。在沒有氣流擴散器的情況下，氣流從車輛底部流出后由于截面積增大，在車輛后方極易產生渦流，一方面會在車輛后方形成負壓區(qū)，使得車輛的壓差阻力比較大；另一方面渦流會阻擋氣流的排出，使得氣流在底部堆積，增大氣流對底部凸出物的干擾阻力。氣流擴散器是在車輛后部下方加裝幾個隔板把從車輛底部流出來的氣流分隔開，抑制車輛后方渦流的形成，產生一種"抽氣效應"，使掛車底部的氣流順利排出，減少干擾阻力，減弱車尾的負壓區(qū)，減小整車的壓差阻力。

Optifuel Lab后部空氣動力學裝置圖解

　　另外，渦流發(fā)生器在國外的商用車上也有應用。其原理與乘用車的鯊魚鰭天線有類似的作用，是將氣流由層流邊界層轉捩為湍流邊界層（小的渦流），湍流邊界層的壓力比較小，可以抑制渦流的發(fā)生， 使氣流更容易貼著車身表面流動，避免氣流發(fā)生分離。

加裝渦流發(fā)生器的卡車

　　國外掛車空氣動力學新思路

　　在牽引半掛車空氣阻力形成的區(qū)域中，掛車底部與尾部的"降阻措施"相對較難。歐洲目前正在研究掛車整體造型的改進可能性，在封閉式運輸占目前歐洲絕對地位的條件下，改變掛車頂部的形狀，使之更符合空氣動力學。這種牽引半掛車更像是一個潛水艇。

　　國內應用分析

　　伴隨著國內法規(guī)對超載的限制，以及公路運輸運營成本的提高，國內的卡車制造廠商開始越來越重視卡車的空氣動力學性能。

　　主掛間隙越小，空氣阻力越小，這個簡單的原理眾所周知，但在國內公路上經?？梢钥吹街鲯扉g隙長達1.5 m甚至2 m以上的車輛，這樣大的間隙一方面是因為超載現象極其嚴重，廠商為保護成本更高的牽引車，降低牽引車的軸荷，因此將掛車的前懸盡可能縮短，將貨物重量更大地加載在掛車車橋上；另一方面是因為國內路況比較惡劣，可以避免掛車前懸過長在極限工況下與牽引車發(fā)生干涉。

歐曼GTL空氣動力學裝置圖解

　　在未來的智能交通實現時，車輛的隊列行駛對減小空氣阻力的作用將更大，根據傅立敏撰寫的《隊列行駛車輛的空氣動力特性》論文介紹，隊列行駛的車輛，每輛車的阻力系數都降低，平均阻力系數可降低20%～30%，而且阻力最低的車位于車隊中心位置。

　　近年來由于國內法規(guī)的積極引導以及路況的不斷改善，國內卡車相比國外產品在空氣動力學技術方面的差距在不斷縮小，但是對于各自主品牌制造商來說要走的路還很長。國外往往在牽引車和掛車研發(fā)階段就采用一體化設計，而且廣泛借鑒乘用車在空氣動力學方面的設計元素；而國內掛車一般由掛車廠家根據牽引車進行匹配，主要關注的是掛車的可靠性以及輕量化，對于氣動性能的考慮較少。

　　商用車作為一種為客戶創(chuàng)造價值的工具，低成本、高效率應該是其產品開發(fā)的重要性能指標，而空氣動力學作為一種有效降低燃油消耗的設計方法應該更廣泛地應用于商用車的研發(fā)中。

　　也許看到這里有人會問，空氣動力又摸不著，在現實生活中我如何知道卡車的空氣動力學好壞，其實很簡單，從一些細節(jié)就可以看出一臺車的空氣動力學設計是否良好。其中最簡單的方法就是看在雨中行駛過后的卡車車門的泥水走向，目前絕大多數卡車制造商都在發(fā)動機進氣格柵旁邊設計了風向導流槽，其最主要的作用就是利用行駛過程中產生的風力將車輪濺起的泥水吹走，而不讓污物弄臟車門把手，這個導流槽是要經過風洞實驗才能獲得準確的導流角度，而國內相當多的廠家都把這個東西作為一個擺設，起不到實質性的作用。

　　注意上圖沃爾沃卡車車門上的泥水走向，通過設計有效利用了風力，保持了車門把手的干凈。

　　仔細觀察，能看見沃爾沃卡車大燈旁邊有一條細長的風槽，行駛過程中迎面的風力有一小部分通過它集中到一起吹向車門。

　　斯堪尼亞卡車通過進氣格柵旁邊的風向導流槽保持車門把手的干凈，可以清楚的看見每個槽塊的形狀都不一樣。

　　選用合適的空氣動力學套件

　　按照目前的國內物流運輸情況來說，能夠推廣使用封閉運輸的方式就是一個很大的進步，因為現在還有相當多的卡車還在使用低平板掛車或倉攔板掛車，裝載貨物后在表面搭上塑料蓬布，參差不齊的表面在高速行駛中會產生相當大的紊流區(qū)，而使用封閉式運輸，平整的車箱表面相對于低平板掛車產生的紊流要小很多。換句話說，在物理條件一樣的情況下，牽引同樣重量的廂式掛車與低平板掛車，廂式車會比低平板車的油耗更低。

　　在一小部分國內的高端物流運輸中，封閉式運輸已經不是問題，他們學習歐洲卡車的做法，將掛車牽引銷稍微往后移，減小牽引車頭與掛車之間的距離，而進口車牽引車的副梁上都有前后可調整范圍的預流孔，其作用就是可以移動牽引鞍座的位置，其作用是為配掛不同的掛車而預留的，這是減小風阻最有效的方法之一，有人擔心車頭與掛車的距離縮小后，掛車前部的廂體會碰到車頭。

前導流罩

　　事實上，在經過測量后，定做適合自己拖頭回轉半徑的掛車，這樣才能使掛車前置距達到最完美效果，這主要受影響的是拖頭的前回轉半徑，轉彎亦或是倒車的時候，車頭與掛車之間的夾角只要小于90度都不會有問題。但由于目前受到國內路況等各方面原因影響，上面介紹的方法僅在一些全高速且路況好的沿海地帶有所使用。

駕駛室與貨箱距離直接影響風阻

　　油價不斷上漲，科學地利用空氣動力學對于商用車輛來說越來越重要，多數廠家通過附加設備來改善風阻，而利用空氣動力學套件而降低風阻及燃油消耗的卡車將成為以后的發(fā)展趨勢。

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